[發明專利]SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材及方法

有效

• 申請號: 201911303050.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111020417B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 馬東;徐春杰;李巖;任國璐;郭燦;武向權;張忠明;曾凡宏;D·謝赫特曼
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: C22C49/04
• 分類號: C22C49/04;C22C49/14;C22C47/00;B22F9/04;B22D17/00;B22F10/18;B21C23/08;B33Y70/10;C22C101/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了SW?CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材，按重量百分比由以下原料組分組成：SW?CNTs短纖維0.5?1.5％、余量為鎂合金粉，以上各組分重量百分比之和為100％。該絲材避免了SW?CNTs纖維與鎂合金基體之間潤濕性差導致的界面結合強度弱的問題，充分發揮SW?CNTs增強的鎂合金基復合材料的綜合力學性能和物理化學性能。其制備方法為：步驟1，高能球磨；步驟2，半固態射壓制備坯料；步驟3，超細直徑絲材的擠壓制備。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料領域，具體涉及SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材，還涉及該SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材的制備方法。

背景技術

自1991年碳納米管(CNTs)被日本科學家飯島澄男發現以來，以其結構獨特、具有優異物理和力學性能的新型碳納米材料在材料領域受到了研究人員的廣泛關注。CNTs分為多壁碳納米管(MW-CNTs)和單壁碳納米管(SW-CNTs)，由于CNTs自身具有獨特的結構和優越的電學、光學、化學和熱力學方面的優異性質，表現在極高的強度、彈性模量、較高的韌性、優異的導電和導熱性、良好的結構穩定性和耐熱性，同時它又兼備了碳的輕質特性。因此，在許多高新技術領域有著巨大的應用前景。

鎂及鎂合金具有高的比強度、彈性模量、硬度和尺寸穩定性，尤其是鎂基復合材料具有以及優良的耐磨、耐蝕、減振性能、高溫性能和良好的電磁屏蔽性，高的電負性和導熱性，在航空航天、軍工產品制造、汽車輕量化、電子及運輸工業等領域獲得了越來越廣泛的關注和應用。SW-CNTs被認為是用作進一步改善鎂基復合材料物理和力學性能的理想增強纖維相。將SW-CNTs和鎂合金結合起來，既保留SW-CNTs在化學、物理和熱力學方面的優勢，又發揮鎂合金輕質和獨特的結構材料方面的優點，共同發揮二者優點，制備具有優異性能的鎂合金基復合材料，并通過一定方法將其制備成≤Φ1mm的超細直徑絲材，將可以直接用于電弧增材3D打印制備鎂合金基復合材料大型結構件，應用前景十分廣闊。然而，SW-CNTs之間存在著比較強的范德華力，導致很容易纏繞在一起或者團聚成束，嚴重制約了碳納米管的應用。如何提高碳納米管的分散性已成為目前迫切需要解決的問題。尤其是在鎂合金基體中的分散性尤為重要。采用常規的普通物理法和化學功能化法是比較常用的分散碳納米管的方法。但是這些方法均不能用于制備單壁碳納米管(SW-CNTs)增強的鎂合金基復合材料和超細直徑絲材。

因此，必須采用新工藝和新方法來解決碳納米管增強鎂基復合材料現有制備過程中存在的問題，使所制得的碳納米管增強鎂基復合材料具有優異的綜合性能，使SW-CNTs增強的鎂合金基復合材料成為能夠廣泛應用于制造業輕量化領域的輕質結構材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材，避免了SW-CNTs纖維與鎂合金基體之間潤濕性差導致的界面結合強度弱的問題，充分發揮SW-CNTs增強的鎂合金基復合材料的綜合力學性能和物理化學性能。

本發明的另一個目的是提供SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材的制備方法。

本發明所采用的技術方案是，SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材，按重量百分比由以下原料組分組成：SW-CNTs短纖維0.5-1.5％、余量為鎂合金粉，以上各組分重量百分比之和為100％。

本發明的特點還在于，

SW-CNTs為單層碳納米管纖維，其長度為2μm-5μm；鎂合金粉為450目-600目任意標準牌號為AZ系或ZK系鎂合金粉、亦或為根據要求的稀土鎂合金粉。

本發明所采用的另一個技術方案是，SW-CNTs纖維增強鎂合金基復合材料絲材的制備方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，高能球磨：